2.1.3. Содержание отчета

2.1.3.1. Тема и цель занятия.

2.1.3.2. Условное графическое обозначение стабилитрона.

2.1.3.3. Схемы исследования стабилитронов.

2.1.3.4. ВАХ стабилитрона, полученная с использованием осциллографа.

2.1.3.5. Таблицы с опытными данными.

2.1.3.6. ВАХ стабилитрона.

2.1.3.7. Расчет балансного и дифференциального сопротивлений.

2.1.3.8. Выводы по работе.

2.1.4. Контрольные вопросы

2.1.4.1. Объясните физический смысл лавинного пробоя p-n перехода.

2.1.4.2. Перечислите основные электрические и предельно допустимые эксплуатационные параметры стабилитрона и объясните их содержание.

2.1.4.3. Используя построенную ВАХ стабилитрона, найдите напряжение на стабилитронах при встречно - последовательном (I_ст = 5мА) и встречно-параллельном включении (I_ст = 10 мА). Дайте схемы этих включений.

2.1.4.4. Изобразите схему замещения стабистора, найдите параметры этой схемы, используя полученную ВАХ стабилитрона.

2.1.4.5. Какие возможности дает последовательное соединение стабилитронов, и какие условия нужно соблюдать при этом?

2.1.4.6. Допустимо ли параллельное соединение стабилитронов? Если да, то, какие это даст преимущества, если нет, то почему?

ЛИТЕРАТУРА. [1] – c. 40 – 41, [2] – с. 40…43, [3] – с. 30…32, 41…42, [6] – 33…36.

2.2. Иcследование параметрического стабилизатора напряжения на полупроводниковом стабилитроне

Цель работы: исследовать простейшую схему параметрического стабилизатора напряжения на маломощном полупроводниковом стабилитроне.

2.2.1. Краткие теоретические сведения

Наличие почти вертикального участка на вольтамперной характеристике стабилитрона делает его пригодным для стабилизации постоянного напряжения на нагрузке. Для этого нагрузку включают параллельно стабилитрону и подсоединяют к источнику через балластный резистор. Простейшая схема стабилизации напряжения постоянного тока приведена на рис. 2.2.1., а схема её замещения на рис. 2.2.2.

U_Н

Рис. 2.2.1. Схема параметрического стабилизатора напряжения

Рис. 2.2.2. Схема замещения параметрического стабилизатора напряжения.

Согласно схеме замещения параметрический стабилизатор – это делитель напряжения. При изменении входного напряжения происходит изменение напряжения стабилизации

, (2.2.1.)

т. к. , и R_Б >> r_ДИФ.

Таким образом, чем меньше дифференциальное сопротивление стабилитрона (r_ДИФ) и чем больше сопротивление резистора R_Б, тем выше степень стабилизации.

Коэффициент стабилизации напряжения – это отношение относительных изменений напряжения питания и напряжения стабилизации:

k_СТ = :=. (2.2.2)

Подставляя выражение (2.2.1) в (2.2.2) поучим:

. (2.2.3)

На рис. 2.2.3.а приведены ВАХ стабилитрона и линия нагрузки резистора R_Б, поясняющие принцип работы параметрического стабилизатора. Эти построения справедливы для режима холостого хода (ХХ), т. е. при отсутствии нагрузки (U^хх_вх – напряжения источника питания в режиме ХХ стабилизатора). При подключении нагрузки (резистор R_Н) через R_Б протекает ток нагрузки I_Н (рис. 2.2.3.б.), создавая дополнительное падение напряжения на резисторе R_Б .

Главным при расчете стабилизатора является выбор типа стабилитрона на напряжение нагрузки U_СТ = U_Н и обеспечение условий его работы, при которых изменяющийся в процессе работы ток стабилитрона I_СТ не выходил бы за пределы рабочего участка, т. е. не был меньше I_CТ.min и больше I_СТ.max (см. рис. 2.2.3).

Основные соотношения для токов и напряжений в стабилизаторе получаем, воспользовавшись первым и вторым законами Кирхгофа:

(2.2.4)

(2.2.5)

где .

На основании соотношений (2.2.4), (2.2.5) для тока стабилитрона можно записать

_. (2.2.6)

Напряжение U_Н, определяемое напряжением U_СТ, изменяется незначительно, в связи с чем его можно считать неизменным. Тогда в условиях изменения тока нагрузки (сопротивления R_Н) и напряжения U_ВХ ток I_СТ будет изменяться от некоторого минимального значения I_{СТ. min} до максимального значения I_{СТ. max}. Минимальному значению тока I_{СТ. min} согласно выражению (2.2.6) будут соответствовать минимальные значения U_{ВХ. min} и R_{Н. min}, а максимальному значению тока I_{СТ. max} – максимальные значения U_{ВХ. max} и R_{Н. max}. Расчет стабилизатора сводиться к тому, чтобы выбрать величину сопротивления R_Б, при которой через стабилитрон протекал бы ток I_{СТ. min}, соответствующий началу его рабочей характеристики (см. рис. 2.2.5). В связи с указанным для расчета балансного сопротивления имеем

. (2.2.7)

Ток , протекающий через стабилитрон в процессе работы схемы, учитывают выбором типа прибора по току, исходя из того, чтобы токI_СТ.max не превышал максимально допустимого значения тока через стабилитрон. Максимальные мощности рассеиваемые в стабилитроне и резисторе R_Б, рассчитывают по формулам

(2.2.8)

. (2.2.9)

Таким образом, в процессе работы стабилизатора напряжение на нагрузке определяется напряжением на стабилитроне, соответствующим вольтамперной характеристике прибора. Изменение напряжения на нагрузке характеризуется изменением напряжения на стабилитроне при изменении тока I_СТ, т. е. определяется его дифференциальным сопротивлением r_Д.

Обычно коэффициент стабилизации параметрического стабилизатора напряжения не превышает 20…50.

Другим параметром стабилизатора является его выходное сопротивление R_ВЫХ. Для стабилизаторов рассмотренного типа

I_ОБР

Рис.2.2.3. Зависимость тока стабилитрона и напряжения стабилизации от величины напряжения питания в параметрическом стабилизаторе напряжения при его работе в режиме холостого хода (а) и при работе на нагрузку (б).